[发明专利]用于选择性抛光氮化硅材料的组合物及方法

说明书

技术领域

本发明涉及抛光组合物与方法。更特别地，本发明涉及抛光含氮化硅基材的方法及所使用的组合物。

背景技术

用于集成电路的半导体晶片一般包括基材，如硅或砷化镓，其上已形成有许多晶体管。晶体管通过图案化基材中的区域及基材上的层而化学或物理方式连接到基材。该晶体管与层通过主要由一些形式的氧化硅(SiO₂)构成的层间电介质(ILD)分开。该晶体管透过使用已知的多层互连结构而互相连接。典型的多层互连结构由堆叠的薄膜构成，其由一或多种以下材料组成：钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、铝-铜(Al-Cu)、铝-硅(Al-Si)、铜(Cu)、钨(W)、经掺杂的多晶硅(poly-Si)、以及其各种组合。此外，晶体管或晶体管群经常通过使用填有绝缘性材料(如二氧化硅、氮化硅、和/或多晶硅)的沟槽(trench)而彼此隔离。在半导体制作过程中，必须移除前述材料的各种层以在晶片上形成多种电路组件，这典型地通过化学机械抛光(CMP)来完成。

用于基材表面的CMP的组合物与方法是该领域所公知的。用于半导体基材表面(如对于集成电路的制造)的CMP的抛光组合物(又称作抛光淤浆、CMP淤浆、以及CMP组合物)典型地含有磨料、多种添加化合物等。

在传统CMP技术中，基材载具或抛光头安装于载具组件上并设置为与CMP设备中的抛光垫接触。该载具组件对基材提供可控制的压力，将该基材推向该抛光垫。该垫与载具(以及附着的基材)彼此相对运动。该垫与基材的相对运动用于磨蚀该基材的表面以从该基材表面去除部分材料，从而抛光该基材。基材表面的抛光典型地进一步通过抛光组合物的化学活性(如通过存在于CMP组合物中的氧化剂、酸、碱或其它添加剂)和/或悬浮在抛光组合物中的磨料的机械活性加以辅助。典型的研磨材料包含二氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧化锆、以及氧化锡。

一般而言，CMP涉及表面的同时化学与机械磨蚀，例如磨蚀上覆的第一层以暴露非平面第二层的表面，第一层形成于该第二层上。一种这样的过程描述于Beyer等人的美国专利第4,789,648号中。简而言之，Beyer等人公开了CMP方法，该方法使用抛光垫与淤浆以比第二层更快的速率去除第一层，直到该上覆的第一层的材料的表面变为与被覆盖的第二层的上表面共平面。化学机械抛光的更多详细说明见于美国专利第4,671,851、4,910,155以及4,944,836号中。

例如，Neville等人的美国专利第5,527,423号公开了化学机械抛光金属层的方法，其通过使金属层的表面与抛光於浆接触，该抛光淤浆包含悬浮于含水介质中的高纯度微细金属氧化物颗粒。或者，该研磨材料可并入抛光垫中。Cook等人的美国专利第5,489,233号中公开了具有表面纹理或图案的抛光垫的使用，而Bruxvoort等人的美国专利第5,958,794号公开了固定式研磨抛光垫。

虽然已知的CMP淤浆组合物典型地适用于有限的目的，但是许多传统组合物表现出难以接受的抛光速率，及因此难以接受的去除晶片制造中所用绝缘材料的选择性。此外，许多已知的抛光淤浆对下面的膜产生差的膜去除品质或产生有害的膜腐蚀，这导致差的制造产率。

随着集成电路装置技术的进展，传统材料以崭新且截然不同的方式使用以达到先进集成电路所需的性能水平。具体地，以多种组合方式使用氮化硅、氧化硅与多晶硅以实现新颖且甚至更加复杂的装置构造。一般而言，结构复杂度与性能特性随不同的应用而改变。对于在CMP过程中允许调节或调整氮化硅、氧化硅与多晶硅材料的去除速率以满足特定IC装置的抛光要求的方法及组合物的需求未曾间断。

例如，对于许多IC装置应用，存在实现快速氮化硅去除速率的持续需求。传统抛光淤浆已经设计用于“停止于氮化硅上”的应用，如在浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)中。典型的STI淤浆利用高pH和高磨料浓度的二氧化硅磨料以实现合理的氮化硅去除速率。使用高磨料颗粒浓度与经抛光装置中的大量刮痕缺陷有关。

对于发展提供氮化硅的相对高的去除速率以及优先于多晶硅、氧化硅或二者的氮化硅的选择性去除的新抛光方法与组合物的需求未曾间断。本发明专注于该持续的需求。本发明的这些与其它优点，以及另外的发明特征，将由本文所提供的发明说明而清楚。

发明内容